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レピュニット
難易度:
★★★★★
Nighteck
2014/12/01 02:05
全ての桁が1である自然数(111、11111など)をレピュニットといいます。
13×17×21
3
の倍数のレピュニットのうち、最小のものの桁数を求めて下さい。
全ての桁が1ではなく、2,3,…,9である自然数の場合でも、それぞれ同様に求めてみて下さい。
【
(前半)21168桁
(後半)
2,4,5,8→21168桁
3,6→7056桁
7→3024桁
9→2352桁
】
回答募集は終了しました。
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No.1
ヒミツ
たっくん4
2014/12/01 11:08
レピュニット:まったく初見の定義で、考えるのが楽しかったです
。中で勝手に仮定(定理?)を二つ置いて考えてますが、たぶんどちらも証明できると思います。
解いてみて気づいたのですが、ちょうど高1の娘が今循環小数(循環節)を習っていまして、この問題はその発展・応用っぽい感じですね・・・
なるほど、仮定2で「最初の」であることが言えないと、「最小」は判明しませんね。3^n の場合、3乗だろうが100乗だろうが「最初の」が成り立つことが「桁の全数の和=mod,9 」から明らかなので、他の素数でもなんとなくOKだろうと脳内処理してしまってました。 いずれにしても、ワタシの数学の知識を超えてますから、書くことが出来るのはココまでです
Nighteck
前半と後半、すべて正解です。
仮定に関してですが、1と2はどちらも証明できますが、ここで使うには少し条件が緩いと思われます。
この命題では"最初"のレピュニットであることに少し言及が足りません。
3^3と7^3に関する記述で、これが最初であるかどうかは少し説明(計算?)が必要です。もし指数部分が3ではなく100とかになると、この計算が膨大な量になり答えが出せなくなります。ある別の命題を示すことが出来れば話は別ですが...
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No.2
ヒミツ
きたちゃ
2014/12/01 21:16
1番のみ一応やってみましたが、自信はないです。
Nighteck
違います。
もう少し小さな値になります。
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No.3
ヒミツ
ゆりあ
2014/12/02 01:42
長くなりそうだったので、自明に近いものは証明を省略させて頂きました。
答えが異様に大きくなってしまった気がしないでもないので自信はない。
Nighteck
遅くなってしまい申し訳ありません。
結論から言うと、前半の答えはそれで正解です
そこで議論の中身についてですが、
Aのラスト2行「R(n)が7^3の倍数⇔nは…」のところは確かに⇔になりそうですが、実はこれでは←しか示せていません。
求める答えが最小であることを示すにはここが⇔であることを示す必要があり、それには別の方法(計算)が必要です。ただ、着眼点がよいのか、これが7^3ではなく7^2の場合は⇔が示せているんです。
A以外は問題ないと思われます。
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No.4
ヒミツ
きたちゃ
2014/12/02 18:15
前半 再挑戦です。
どうでしょうか。
Nighteck
もっと小さい値になります。
"もう少し"ではなかったかも…
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No.5
ヒミツ
ゆりあ
2014/12/03 08:45
ばれないかなと思ったけどバレたか←
私が用いた命題は素数に関するものだから合成数である49ではダメなんですよねー・・
17に関してはわからなかったです。別の命題についても考えたんですが、
元々あまり素数論整数論は不得手・・・おもしろいんですけどね。
あれが最小なのは「既知」とさせていただきました。
キチっていうかウィキっていうか(
Nighteck
Nに前半の答えを入れて頂ければ、後半も正解です
整数論は数学の基本ですがなかなか分かりにくいですよね。
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No.6
ヒミツ
あれれ
2014/12/03 17:02
問題文をコピーして考えていたのですが、13×17×213になっていて、
気づかずにそのまま解いてしまいました
不自然な数字だとは思ったのですが・・・orz
解答しようとしたときに気づいてやり直しました。
疲れたー
計算ミスが怖い
Nighteck
最後の4行で計算ミスをしています。
あと各桁が9の場合を再度見直せば答えは出せると思います。
入力ミスかと思いますが、7の場合が重複していますよ。
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No.7
ヒミツ
あれれ
2014/12/05 08:31
ご指摘ありがとうございます。
書き間違い、計算ミスだらけでした。すみません。
最後の最後で気が抜けてしまったようです。
最後の4行、修正しました。
Nighteck
前半と後半、それで正解です。
ただ最小の答えだと決定しているのが「...となるnは...だけ」「調べると、...が最小」というような書き方ですので、省略できる程度のものもありますが、どちらかと言かえばそこの考え方を特に見たかったというのはあります。まぁわかっておられるとは思いますが...
証明はできています。相応しくない返信でした。ごめんなさい。
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No.8
Nighteck
2014/12/08 12:27
3日後くらいか、遅くとも今週中にはヒントを出そうと思います。
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No.9
ヒミツ
I.T
2014/12/10 18:36
コピペするとへんになるみたいですね
なおしました
Nighteck
前半後半、すべて正解です。
これで、この答えが最小だとわかりますね。
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No.10
Nighteck
2014/12/15 19:51
ヒントです。遅くなってしまい申し訳ありません。
まずは13,17,7
3
,3
3
それぞれにおいて、その倍数の最小のレピュニットが何桁なのかを考えます。
(調べれば簡単に分かりますが、調べた結果を解答に使うのはナシでお願いします)
7
3
,3
3
に関しては、指数をはずした7,3から順に考えてください。
求め方はいろいろあります。
@レピュニット数の小さい方からひたすら割って確かめる。
A11…1ではなく99…9となる最小の数を求める。合同式を用いる。
B11…1ではなく99…9となる最小の数を求める。循環小数を用いる。
ヒントですので詳しい計算方法は伏せますが、一言
@→やらない方がいいと思います
A→計算の回数は多いですがやることは簡単です。
B→ただ割り算をするだけです。
ある定理を使えば、桁数に関するちょっとした法則を見つけ出すこともできます。
それによりAの計算が少し楽になったりBの答えに確信がもてたりします。
7,3の倍数の最小レピュニットを求めた後、7
3
,3
3
の倍数の最小レピュニットを求めるのは少し考える必要がありますが、そんなに苦労はしないと思います。
それぞれ最小のレピュニットさえ求まれば、あとはすぐ答えが出せるでしょう。
答えさえ出せれば正解なのですが、7,3の倍数の最小レピュニット桁数を求めてから7
3
,3
3
の倍数の最小レピュニット桁数を求めるところで、最小であることを厳密に示すのを忘れてしまいがちです。
少し計算をして確認しなければなりません。具体的には、7
2
の倍数の最小レピュニットが7
3
の倍数ではないことを示せていないです。
値が小さいので自明のように思いますが厳密には確認が必要です。
一般的には
「pを素数、nを自然数として、p
n
の倍数の最小レピュニットがp
n+1
の倍数でもあるようなnとpが存在する」
※
かもしれないということです。
指数が1つ上がる毎に確認が必要であるので、大きい数字を考えるのは非常に困難になります。これが13,17,21の指数に100とか1000とか大きな数字を入れられなかった理由の1つでもあります。
※これが真なのか偽なのかは自分でも結論に至っていません。自分は偽、つまり存在しないと思っているのですが、もし存在しないのであれば任意の自然数の倍数のレピュニット数について一般的な規則が表せると思います。
存在しないことを証明できる方、もしくは逆に存在する例を示せる方はどうかご教示願いたいです。
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No.11
あれれ
2014/12/17 12:45
計算してみたところ、
p=487のとき、pの倍数の最小レピュニットはp^2の倍数でもあるようです。
ご確認願います。
Nighteck
返信遅れて申し訳ありません。
確認致しました。素数487の最小レピュニットは486桁ですが、これは487^2の倍数でもありますね。ご提示、ありがとうございます。
そのような数は無いだろうと思っていたので、少し驚きです。
もしよろしければ、どのように算出されたのか教えていただきたいです。
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No.12
ヒミツ
matcher
2014/12/18 12:36
無駄に一般化を目指してみたら、解答にかかった時間も解答そのものも恐ろしく長くなってしまいました。
(しかも一般化と言い切るにはまだ遠いですね。
)
証明はもとより、設定した補題が正しいのかどうかもあまり自信がありませんが
もし補題4が成り立つなら、ここは掘り下げ甲斐がありそうです。
Nighteck
返信遅れて申し訳ありません。
それで全て正解です
全ての証明が完璧だと思います
補題4も成立すると思います。この証明は思いつきませんでした。
これが成り立つということは、pの倍数の最小レピュニットがp^2の倍数でないという条件のみで、p^nに関して一般的な規則が表せますね。
逆に、pの倍数の最小レピュニットがp^2(p^3,p^4...)の倍数であるときでもこの計算は成立するので、やはりp^nに関して(少し違った)規則が表せます。
あれれさんのご提示により、こちらの可能性もあることがわかりました。
お二方のご協力のお陰で自分の中のモヤモヤが取れていった気がします。
お付き合いくださり、本当にありがとうございます
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No.13
人内丶厂イニ寸ロソ
2015/05/17 23:19
111111111111111111
18桁
は
13 7 3^2 の倍数
3333366667×3×3×37×13×11×7
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No.14
人内丶厂イニ寸ロソ
2015/05/18 20:00
↑の3^2→3^3
にすると54桁です
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